11.Закалка.

Это нагрев стали до определенной температуры (на 30-50С выше линии GSК), выдержка и быстрое охлаждение в воде, масле, расплавленных солях и других средах.

Изменение свойств стали при закалке связано с образованием неравновесных структур (мартенсит, троостит, сорбит). Закалка основана на фазовых превращениях при нагреве и охлаждении.

Скорость охлаждения, при которой в структуре стали, фиксируется образование чистого мартенсита, называют критической скоростью закалки. Она зависит от температуры нагрева стали перед закалкой, ее состава, размера зерен и других факторов.

При закалке, происходит превращение аустенита в мартенсит. Превращение происходит мгновенно, и измерить скорость роста кристаллов трудно.

Аустенит не успевший распасться называется остаточным.

При закалке доэвтектоидные стали, имеющие в равновесном состоянии структуру феррит - кермет, нагревают до температуры выше линии GS для получения аустенита (на 30-50С).

После выдержки при данной температуре сталь охлаждают с критической скоростью для получения мартенсита.

Закалка с нагревом до температуры (между линиями РS и GS) называют неполной закалкой.

Заэвтектоидные стали, имеющие структуру кермет + цементит нагревают под закалку выше линии SК на 30-50С. Кермет перейдет в аустенит, а цементит сохранится, и при быстром охлаждении стали, ее структура будет состоять из мартенсита и избыточного цементита. Присутствие цементита - повышает износостойкость стали.

Наиболее распространенные закалочные среды - вода, различные масла, водные растворы солей, иногда расплавленные металлы и соли.

Желательно, чтобы закалочная среда быстро охлаждалась в интервале температур малой усталости? аустенита (600-550С), и медленно в интервале 300-200С, чтобы уменьшить деформации и напряжения.

Вода создает энергичное охлаждение в двух температурных интервалах и это является недостатком.

Масла имеют изменение охлаждения в 10 раз меньше, чем вода, что уменьшает возможность возникновения дефектов при закалке.

Применяют несколько способов закалки:

1. Закалка в одном охладителе (самая распространенная для углеродистых и легированных сталей): Нагретое до температуры закалки изделие погружают в охлаждающую среду до полного охлаждения (углеродистые стали в воде, легированные стали - в масле). Этот способ может вызвать появление внутренних напряжений.

2. Прерывистая закалка (в двух средах): при закалке крупных изделий из углеродистой и низколегированной стали. Сначала изделие резко охлаждают в воде до 300-200С, затем переносят в масло или на воздух, где они медленно охлаждаются. Недостатком является трудность распределения время выдержки.

3. Ступенчатая закалка: нагретое изделие погружают в соляную ванну, температура которой больше температуры начального мартенситного превращения стали. Затем изделие выдерживают в ванне для выравнивания температуры по всему его объему и охлаждают на воздухе до нормальной температуры, что уменьшает внутреннее напряжение (для тонких стальных изделий из углеродистых сталей).

4. Закалка с самоотпуском (по цветам ??????) изделие охлаждают от температуры закалки в охлаждаемой среде, только в течении времени, которое необходимо для его прокаливания на определенную глубину. Дальнейшее охлаждение идет на воздухе. При этом осуществляется отпуск за счет теплоотдачи из внутренних слоев изделия (применяют для ударного инструмента).

5. Изотермическая закалка: характерна промежуточным охлаждением в соляной ванне с заданной температурой до конца превращения аустенита, с последующим быстрым охлаждением (ударный инструмент).

6. Поверхностная закалка: нагрев поверхностного слоя до температуры закалки и охлаждения для получения мартенситной структуры в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины.

4 вида нагрева при поверхностной закалке: нагрев пламенем газовой горелки, контактный электронагрев, нагрев токами высокой частоты, нагрев в электролите.

Наибольшее распространение в промышленности получил способ поверхностной закалки токами высокой частоты, а при ремонте - пламенем газовой горелки. Поверхностный слой изделия нагревают пламенем газовой горелки до температуры закалки, а затем быстро охлаждают водой - поверхностный слой быстро нагревается, а внутренние слои не успевают. Такой способ позволяет получить высокую поверхностную прочность и сохранить вязкой середину, устраняет образование закалочных трещин.

Поверхностная закалка токами высокой частоты основана на нагреве поверхности вихревыми токами. При этом используется явление поверхностного эффекта, заключающегося в неравномерном распространении плотности переменного тока по сечению проводящего тела. Чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева. Деталь нагревают в инкубаторе, по которому пропускают ток, он представляет собой медную трубку, изогнутую по контуру нагреваемого изделия. Закалочной средой служит вода, эмульсия, масло и др.

Отпуск.

Отпуск - нагрев закаленной стали до температуры ниже 727С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе. Цель отпуска - повышение вязкости закаленной стали при сохранении высокого предела прочности, уменьшение внутренних напряжений после закалки и получение устойчивых структур.

В зависимости от температуры - низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий - нагрев закаленной стали до 250С для снижения внутренних напряжений при сохранении высокой твердости (для инструментов и изделий, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, в том числе для цементированных изделий).

Средний - нагрев до 350-450С, который приводит к понижению твердости и повышению вязкости стали по сравнению с низким отпуском. Кроме того происходит образование более устойчивой структуры троостита и троостосорбита (для пружин, штампов, рессор и др.).

Высокий - нагрев от 450-650С, который способствует получению наибольшей вязкости при сохранении высокой прочности. Твердость снижается и образуется сорбит. Этот процесс называется улучшением. Сорбит отпуска с зернистой формой цементита имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем сорбит закалки с пластинчатой формой цементита.

Обработка холодом - отпуск при температуре ниже нуля (обработка закаленных изделий холодом при температуре порядка -80С и ниже. Остаточный аустенит при низких температурах распадается в результате возникновения внутренних напряжений. Данный метод повышает твердость режущего инструмента.